[發明專利]一種微波法棉花回潮率在線測量系統

有效

• 申請號: 200910022846.4
• 申請日: 2009-06-05
• 公開（公告）號: CN101907579A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 羅思明;雷軍;李世星
• 申請（專利權）人: 西安阿爾特科技實業發展有限責任公司
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于一種微波法棉花回潮率在線測量系統，尤其涉及一種非接觸，測量原理與被測物密度無關，具有低溫修正的電子信息系統。

背景技術

為滿足棉花生產過程中，對回潮率進行在線測量的需要。目前，我國現有棉花回潮率在線測量方法為電測器法，該方法為接觸式，測量原理與被測物密度、厚度有關。在使用中存在的主要問題是：測量精度不穩定，不能用于低溫環境測量。這些問題使得棉花回潮率在線測量系統作為一種計量技術方法無法保證公正使用，具體體現在：(1)測量精度受棉包密度和厚度變化，影響測量結果，致使測量精度不穩定；(2)在溫度0℃以下因水分為固相，固相水分和液相水分的電導率不同，致使測量結果不準確；(3)接觸式電測器法無法解決溫度對測量結果的影響，補償不準確。

發明內容

為了克服現有技術在使用中存在的測量精度不穩定，不能用于低溫環境測量、溫度和濕度補償不準確的問題，本發明提供了一種微波法棉花回潮率在線測量系統，通過和棉花打包機配套使用，在線實時測量棉包回潮率，并將結果顯示、打印和傳送給條碼系統，有效提高回潮率檢測精度的穩定度。

微波法棉花回潮率測量原理：微波信號穿透棉花后，因棉花的水分使微波信號的幅度A和相位Ф發生改變，棉花回潮率與微波信號的幅度A和相位Ф參數之間呈線性數學關系。經過實驗研究表明，以頻率為9.5GHz的平面波信號穿過厚度為t、疏密度為ρ的棉包層，測得的波的幅度衰減為A，相位移為Ф。結果表明：兩個波參量(A和Ф)和棉包回潮率之間大體上呈線性關系。而且，當單位厚度的A和Ф除以相應于每一回潮率被測物的疏密度時，這些參量和回潮率M的關系仍然是線性的，由兩個線性關系模型消除密度參量可得回潮率測量數學模型如下：

M＝(dA-bФ)/(aФ-cA)????(1)

式中，a，b，c，d均為特定棉花的回歸系數。式(1)即為與被測物堆密度不相關的回潮率測量數學模型。通過實驗方法可以得到棉花的回歸系數。

由于水分在0℃以上為液相，在0℃以下為固相，液相和固相在微波電場作用下，其復介電特性不同，決定了棉花在液相和固相條件下，其回歸系數a，b，c，d不同，通過實驗方法獲得液相和固相條件下棉花的回歸系數，就可以分別得到測定0℃以上液相和0℃以下為固相棉花回潮率數學模型。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：系統組成包括：天線、微波收發模塊、信號處理模塊、顯示模塊、電源模塊、溫度傳感器和傳送平臺等七部分。其中，天線包括發射天線和接收天線；微波收發模塊包括微波信號源、方波調制器、隔離器、衰減器、定向耦合器、相位和幅度檢測電路模塊、低噪聲放大器、相位和幅度選擇開關、檢波器、選頻放大器；發射天線通過微波線纜與定向耦合器連接，接收天線通過微波線纜與低噪聲放大器連接；信號處理模塊通過信號線纜分別與相位和幅度檢測電路模塊、選頻放大器、溫度傳感器、顯示模塊、數據輸出接口連接；電源模塊分別與微波收發模塊、信號處理模塊、顯示模塊和溫度傳感器相連接；發射天線和接收天線分別安裝在傳送平臺上部和下部；溫度傳感器安裝在傳送平臺上部。

天線的主要功能是向被測棉包發射微波信號，并接收穿過棉包的微波信號。

微波信號源的主要功能是產生激勵信號，技術要求產生的信號具有較高的頻率穩定度。

方波調制器與幅度測量電路中的選頻放大器配合使用，兩者的頻率是相同的中心頻率，其主要功能是抑制噪聲及直流偏移，提高對微弱信號檢測能力。

隔離器的主要功能是獲得良好的信號源與負載的匹配。

衰減器的主要功能是對沒有棉包穿透時，能量較強的微波信號進行衰減，保護低噪聲放大器不被燒壞。

定向耦合器作用是提取發射參考信號，作為相位檢測電路的基準信號。

低噪聲放大器作用是對透過棉包后被衰減的微弱信號進行放大，經相位/幅度選擇開關以分時復用的方式分別給相位檢測電路及幅度檢測電路提供檢測信號。

相位檢測電路及幅度檢測電路的主要功能分別是檢測信號的相位和幅度。

信號處理模塊的主要功能是完成相位和幅度衰減參數運算處理、回潮率運算處理。

顯示模塊主要功能是完成測定結果顯示，同時提供數據接口向其它設備提供數據通信。

電源模塊主要功能是為系統提供+24伏直流電源，系統內部各模塊所需其它形式電源由本模塊進行自主轉換。

溫度傳感器的主要功能是完成環境溫度測量，并將數據傳送給信號處理模塊。

傳送平臺主要功能是傳送被測棉包。